En introduktion till reläer

Reläer spelar en viktig roll i otaliga konsumentsystem, kommersiella system och industriella tillämpningar och system. De används ofta i vardagssystem utan att de märks. Reläer används t.ex. för att justera en hushållsugn, klicka på en TV-fjärrkontroll eller manövrera en hiss. Reläer, som ursprungligen konstruerades 1835 för att etablera telegrafförbindelser över längre avstånd, har senare anpassats för användning i telefonväxlar och fortsätter att fungera pålitligt, diskret och med hög effektivitet.

Ur ett pragmatiskt perspektiv fungerar reläer som elektriska strömbrytare. De använder en signal med låg effekt för att styra en krets med hög effekt, oavsett om den befinner sig i närheten eller på avstånd. Den inbyggda konstruktionen möjliggör en effektiv isolering mellan signalen med låg effekt och kretsen med hög effekt, vilket ofta kallas galvanisk isolering. Denna isolering garanterar en säker och robust drift av elsystemen för användarna. Reläer är mångsidiga, eftersom de kan användas för att reglera en enda krets eller flera kretsar, och de kan fungera som förstärkare eller brytare.

Möjligheten att fjärrstyra enhetens strömförsörjning innebär också förbättrade säkerhetsåtgärder, särskilt i industriella processer som kan utgöra fysiska risker för operatörerna. Dessa mångsidiga enheter finns i en mängd olika kapslingar med olika strömkapacitet, monteringsalternativ och fysiskt format, vilket gör dem lika vanliga som den vardagliga, allestädes närvarande strömbrytaren.

Reläer - så fungerar de

För en bättre förståelse av ämnet kan reläer kategoriseras i två grundläggande typer: elektromekaniska (EMR) och solid-state (SSR). Den viktigaste skillnaden ligger i förekomsten eller avsaknaden av rörliga komponenter.

Den äldsta av de två typerna är den elektromekaniska, som består av kontakter, en armatur, en fjäder och en elektromagnet. I sin mest grundläggande funktion bibehåller en fjäder armaturens position. När strömmen tillförs utövar elektromagneten en attraktionskraft på ankaret, vilket får det att röra sig och stänga en uppsättning kontakter, vilket gör att strömmen kan flöda genom kretsen.

Figur 1: Den grundläggande inre konstruktionen i ett elektromekaniskt relä. (Bildkälla: Same Sky)

Solid state-reläer, som lanserades i slutet av 1950-talet, har samma grundläggande funktion som elektromekaniska reläer, men är helt elektroniska och saknar rörliga delar. De består av en ingångskrets, en styrkrets och en utgångskrets för reglering av strömmen. När en spänning som överstiger den angivna tillslagsspänningen appliceras, utlöser styrkretsen reläet. När spänningen sjunker under frånslagsspänningen inaktiveras reläet.

Elektromekaniska reläer jämfört med solid-state reläer, fortsättning

Som med alla elektroniska komponenter har elektromekaniska reläer och solid state-reläer sina respektive för- och nackdelar som man behöver ta hänsyn till.

Tack vare sin tvåhundraåriga konstruktion är elektromekaniska reläer robusta enheter med enkel manövrering, som är tillförlitliga i en mängd olika tillämpningar, inklusive sådana som involverar hög strömstyrka och farliga miljöer. De erbjuder fullständig elektrisk isolering, tål höga strömstyrkor och spänningstoppar samt är okänsliga för elektriska störningar, t.ex. elektromagnetiska störningar och radiofrekvensstörningar (EMI/RFI).

Eftersom elektromekaniska reläer har rörliga delar uppstår dock fysisk nedbrytning med tiden, och kontakterna kan försämras på grund av korrosion och oxidation. De kan vara känsliga för ljusbågar mellan kontakterna, som kan leda till att gropar bildas eller kortslutning. Deras mekaniska egenskaper gör dem känsliga för stötar och vibrationer, och de kan generera egna EMI-/RFI-störningar. Dessutom kan externa magnetfält påverka deras funktion.

Solid state-reläer har däremot en längre livslängd och fungerar med betydligt lägre styreffekt tack vare sin konstruktion utan rörliga delar. De har snabbare till- och frånkoppling, eliminerar ljusbågar och kontaktstudsar och påverkas inte av yttre mekaniska stötar, vibrationer eller magnetfält. Solid state-reläer arbetar inom ett lägre spänningsintervall än elektromekaniska reläer, vilket gör dem lämpliga i elektroniska apparater men mindre lämpliga för högeffekttillämpningar.

På grund av sin unika konstruktion kan dock solid state-reläer vara känsliga för spännings- eller strömtransienter och EMI-/RFI-störningar. De tenderar att generera mer värme än sina mekaniska motsvarigheter och kan vara känsliga för omgivande temperaturer. Att uppnå fullständig elektrisk isolering mellan styrsignalen och lasten är inte möjligt med vanliga halvledarbrytare, men det kan åstadkommas med optoelektroniska komponenter i fotokopplade enheter, som isolerar in- och utsignalerna.

Figur 2: Grundläggande intern koppling i solid-state reläer. (Bildkälla: Same Sky)

Vanliga typer av reläer

Det finns en mängd olika tillgängliga relätyper, var och en skräddarsydd för att uppfylla specifika tillämpningskrav. Det är värt att notera att tillverkarna kan använda lite olika terminologi i sina produkter, men här är en allmän sammanfattning av de viktigaste relätyperna:

• Allmänt ändamål: Dessa är vanliga elektromekaniska reläer som arbetar med växel- eller likström i intervallet 12 till 230 V och kan styra strömmar från 2 till 30 A.
• Signal: Signalreläer används för att styra lågeffektbelastningar, vanligtvis mindre än 2 A. För mer information kan du läsa artikeln "Signalreläer - Förstå grunderna" från Same Sky.
• Effekt: Effektreläer är särskilt utformade för att hantera högeffektbelastningar, minimera värmeutveckling och minska ljusbågar. Mer information finns i artikeln "En introduktion till effektreläer" från Same Sky.
• Maskinstyrning: Dessa kraftiga och robusta reläer är avsedda för användning i stora industriella tillämpningar.
• Låsning: Låsande reläer behåller sitt inställda eller återställda tillstånd (antingen PÅ eller AV) tills de mottar en inverterande spänningssignal.
• Tungelement: Tungelementreläer är kompakta och arbetar snabbt. De använder en elektromagnet för att styra en eller flera hermetiskt tillslutna tungelementomkopplare, vilket ger immunitet mot externa föroreningar och fukt.
• Nollgenomgång: Dessa reläer aktiverar lasten när styrspänningen appliceras och lastspänningen är nära noll. De inaktiverar lasten när styrspänningen avlägsnas.

Figur 3: Grundprincip för reläer med nollgenomgång. (Bildkälla: Same Sky)

• Toppvärdeskopplande: Toppvärdeskopplande reläer aktiverar lasten när styrspänningen appliceras och lastspänningen når sin topp. De inaktiverar lasten när styrspänningen tas bort och den aktuella lasten närmar sig noll.
• Direkt tillslag: Reläer med direkt tillslag aktiverar lasten direkt när tillslagsspänningen appliceras.
• Tidsfördröjning: Reläer med tidsfördröjning har en inbyggd timer för att styra händelser baserat på tid.
• Analog växling: Reläer med analog växling hanterar utspänningen som en funktion av inspänningen, vilket möjliggör oändliga utspänningar inom reläets nominella värde.
• Optiskt kopplade: Detta är solid-state-reläer som har isolering mellan styr- och strömkretsarna genom att växla baserat på en intern ljuskälla.
• Militära/Hög-Rel: Dessa reläer är speciellt konstruerade för att fungera i krävande och tuffa miljöer.

Reläer kan vidare kategoriseras som normalt öppna (NO), där kontakterna är öppna och kretsen inte är spänningssatt, eller normalt slutna (NC), där kontakterna är slutna när kretsen inte är spänningssatt. Sammanfattningsvis specificeras reläer vanligtvis som antingen NO eller NC när ingen spänning är tillkopplad.

Nominella värden och konfigurationer

Reläer klassificeras baserat på deras kapacitet att på ett säkert sätt växla elektrisk ström genom enheten. Dessa värden kategoriseras som antingen växelström eller likström och uttrycks vanligtvis i Ampere. Det är viktigt att reläets nominella värde är lika med eller större än den enhet som det ska styra.

Reläer har förmågan att styra flera kretsar samtidigt och betecknas för att ange deras specifika egenskaper. Om du är bekant med poler och kast, inkluderar dessa beteckningar SPST, DPDT, 3PDT och SP3T.

Förutom antalet poler och kast kan reläer beskriva viktiga egenskaper med hjälp av termen "form". Fraser som "1 form A" eller "2 form C" lyfter fram två viktiga delar i informationen. Typen av form anger om brytaren är normalt öppen eller normalt sluten, och när det gäller SPDT-brytare, om de är "bryt före slutning" eller "slut före brytning". Siffran (1 eller 2) före formen anger hur många kontakter av denna typ som finns tillgängliga i reläet. Några vanliga stilar inkluderar:

• Form A - Normalt öppen
• Form B - Normalt sluten
• Formulär C - SPDT-brytare som bryter före slutning
• Formulär D - SPDT-brytare som sluter före brytning

Sammanfattning

Med sin enkla konstruktion och tillförlitliga funktion används reläer i enheter och system inom ett brett spektrum av branscher och marknader. Reläerna, som ursprungligen var grundläggande komponenter i telegrafsystem och till och med bidrog till den tidiga utvecklingen av datorer, har behållit sin viktiga roll än idag och garanterar en säker och effektiv styrning av elektriskt fjärrstyrda enheter från en avlägsen plats.

Same Sky erbjuder ett omfattande urval av effekt- och signalreläer med en mängd olika nominella data och konfigurationer för att uppfylla ingenjörens krav på strömväxling på låg eller hög nivå.